(57)【要約】    【課題】  吸気行程噴射を行わせるときに、混合気の均質度を保ちながら、壁面への燃料付着を充分に低減できる筒内直接噴射式内燃機関を提供する。    【解決手段】  吸気行程中に燃料噴射を行わせるときの噴射停止期間として、燃料噴霧がキャビティの底面部と側面部との境界を指向する期間（１）、燃料噴霧がキャビティの側面部を指向する期間（２）、燃料噴霧がピストンヘッドとシリンダ内壁との隙間部を指向する期間（３）を設定する。そして、機関回転数・アクセル開度に応じて算出された燃料噴射期間に、前記噴射停止期間（１）〜（３）が含まれる場合には、噴射停止期間に重なる部分の噴射を噴射期間の末尾に移行させ、噴射停止期間を挟んで燃料噴射を複数回に分けて行わせる。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁を備えた筒内直接噴射式内燃機関において、
吸気行程中に燃料噴射を行うときに噴射停止期間を設定し、該噴射停止期間において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させることを特徴とする筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記噴射停止期間が、機関回転速度に応じて設定されることを特徴とする請求項１記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項３】
前記噴射停止期間を挟んで燃料噴射を複数回に分けて行うことを特徴とする請求項１又は２記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項４】
前記燃料噴射弁を燃焼室上部の略中心に備えると共に、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止めるキャビティを備えてなり、
前記噴射停止期間を、燃料噴霧が前記キャビティの底面部と側面部との境界を指向する期間に設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項５】
前記燃料噴射弁を燃焼室上部の略中心に備えると共に、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止めるキャビティを備えてなり、
前記噴射停止期間を、燃料噴霧が前記キャビティの側面部を指向する期間に設定すること特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記燃料噴射弁を燃焼室上部の略中心に備えると共に、ピストン冠面に前記燃料噴射弁からの燃料噴霧を受け止めるキャビティを備えてなり、
燃料噴射を、燃料噴霧が前記キャビティの底面を指向する期間とキャビティ外側のピストン冠面を指向する期間との少なくとも２回に分けて行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【請求項７】
前記燃料噴射弁を燃焼室上部の略中心に備えてなり、
前記噴射停止期間を、燃料噴霧がピストンヘッドとシリンダ内壁との隙間部を指向する期間に設定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の筒内直接噴射式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直接噴射式内燃機関に関し、詳しくは、吸気行程中における燃料噴射制御の改善技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、機関負荷状態に応じて層状燃焼（圧縮行程噴射）と均一燃焼（吸気行程噴射）とを切り換える筒内直接噴射式内燃機関が知られている（特許文献１参照）。
ところで、前記筒内直接噴射式内燃機関においては、一般に、燃料噴射弁から噴射される燃料は吸気行程噴射を実施する場合であっても高圧に設定されるため、吸気行程中の噴射時期によっては、ピストン冠面やシリンダ壁面に燃料が付着し、排気性状や燃焼性が悪化するという問題が生じる。
【０００３】
そのため、前記特許文献１のものでは、燃料が付着しやすい冷機時に、燃料噴射時期を遅角させることで、燃料付着量を低下させるようにしている。
【特許文献１】特開２０００―１８６５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、機関温度が高い場合でも、燃焼室形状によって燃料が付着しやすい部位があるため、燃料噴射時期の遅角制御では壁面等への付着燃料量を充分に低減できない場合が生じる。
また、燃料噴射時期を遅角していくと混合気の均質度が低下して、燃焼性を悪化させることになってしまうため、遅角制御による付着燃料量の低下は、燃焼性の点から制限されてしまうという問題もあった。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、吸気行程噴射を行わせるときに、混合気の均質度を保ちながら、壁面等への燃料付着を充分に低減できる筒内直接噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そのため、本発明に係る筒内直接噴射式内燃機関では、吸気行程中に燃料噴射を行うときに噴射停止期間を設定し、該噴射停止期間において前記燃料噴射弁による燃料噴射を停止させる構成とした。
【発明の効果】
【０００７】
上記構成によると、燃料が付着し易い部位に燃料噴霧が指向する時期を、噴射停止期間とし、該噴射停止期間を避けて燃料を噴射させることで、燃料付着量を低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施形態における筒内直接噴射式内燃機関のシステム構成図である。
この図１に示す内燃機関１において、シリンダヘッド２、シリンダブロック３と、ピストン４によって燃焼室５が形成される。
前記燃焼室５は、吸気弁６を介して吸気ポート７と、排気弁８を介して排気ポート９とそれぞれ連通している。
【０００９】
前記吸気弁６及び排気弁８は、それぞれ吸気弁用カム，排気弁用カム（図示省略）によって開閉駆動される。
前記燃焼室５の上面（シリンダヘッド）の略中央付近に燃料噴射弁１０が設けられ、燃焼室５上部の排気側に点火プラグ１１が配置されている。
また、ピストン４の冠面には略中央付近に、略円筒状のキャビティ１２が設けられている。
【００１０】
前記燃料噴射弁１０及び点火プラグ１１は、マイクロコンピュータを内蔵するエンジンコントロールユニット１３からの信号によって制御され、燃料噴射・火花点火が行われる。
前記エンジンコントロールユニット１３には、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ２１，機関回転数（rpm）を検出する回転センサ２２等からの検出信号が入力される。
【００１１】
本実施形態では、燃焼形態として、圧縮行程中に燃料噴射を行うことで点火プラグ１１周りに濃い混合気を形成し希薄燃焼を行わせる成層運転モードと、吸気行程中に燃料噴射を行うことで燃焼室５内に均質な混合気を形成する均質運転モードとを有し、運転条件に応じて前記成層運転モードと均質運転モードとのいずれかが選択されるようになっている。
【００１２】
ここで、吸気行程中に燃料噴射を行う均質運転モードにおける燃料噴射制御について説明する。
本実施形態では、吸気行程中の燃料噴射において予め噴射停止期間を定め、該噴射停止期間を避けて燃料噴射を行わせるようになっており、前記噴射停止期間としては、下記の３つの期間が設定される。
（１）燃料噴霧がキャビティ１２の底面部１２ａと側面部１２ｂとの境界を指向する期間（図２参照）。
（２）燃料噴霧がキャビティ１２の側面部１２ｂを指向する期間（図３参照）。
（３）燃料噴霧がピストンヘッド４ａとシリンダ内壁１５との隙間部１６を指向する期間（図４参照）。
【００１３】
前記エンジンコントロールユニット１３には、前記噴射停止期間と機関回転速度との相関が予め記憶されており、そのときの機関回転速度に応じて前記３つの噴射停止期間を設定する。
そして、エンジンコントロールユニット１３は、図５のフローチャートに示すようにして、前記噴射停止期間を避けた燃料噴射を制御する。
【００１４】
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ１では、機関回転数・アクセル開度等の信号から、要求燃料噴射量及び所定の噴射開始時期（又は噴射終了時期）に対応する燃料噴射期間（燃料噴射開始時期から燃料噴射終了時期までの期間）を算出する。
ステップＳ２では、前記燃料噴射期間中に、前述した（１）〜（３）のいずれかの噴射停止期間が含まれているか否かを判別する。
【００１５】
そして、燃料噴射期間に噴射停止期間（１）〜（３）が含まれている場合には、ステップＳ３へ進んで、噴射停止期間を避けるように燃料噴射期間を変更し、燃料噴射期間に噴射停止期間が含まれない場合には、ステップＳ４へ進んで、前記燃料噴射期間に従った燃料噴射信号の出力を行う。
ステップＳ３で燃料噴射期間を変更すると、再度ステップＳ２に戻り、変更した燃料噴射期間に噴射停止期間が含まれているか否かを判断し、噴射停止期間が含まれなくなるまでステップＳ３の処理を繰り返す。
【００１６】
前記ステップＳ３では、以下のようにして、燃料噴射期間を変更する。
例えば、図６に示すように、ステップＳ１で算出された燃料噴射期間に、噴射停止期間（１）及び噴射停止期間（２）が含まれる場合には、噴射停止期間（１）及び（２）に重なる部分を、噴射を一時的に停止させる期間とし、ステップＳ１で算出した燃料噴射終了時期の直後に、噴射停止期間（１）と噴射停止期間（２）との合計分の期間を、噴射期間として追加する。
【００１７】
これにより、要求の燃料噴射期間が、噴射停止期間（１）及び（２）を挟んで２回に分割されることになる。
上記のように、噴射停止期間（１）及び（２）に重なる燃料噴射期間を、噴射期間の末尾に移動させた結果、今度は、燃料噴射期間に噴射停止期間（３）が含まれるようになると、更に、噴射停止期間（３）に重なる部分を、噴射を一時的に停止させる期間とし、噴射期間の末尾に噴射停止期間（３）分の期間を、噴射期間として追加する。
【００１８】
これにより、要求の燃料噴射期間が、噴射停止期間（１），（２）と、噴射停止期間（３）とを挟んで３回に分割されることになる。
上記構成によると、吸気行程噴射において、噴射停止期間を避けて燃料噴射を行わせることで、壁面等への燃料付着による排気性状や燃焼性の悪化を抑制することができる。
また、噴射停止期間を挟んで燃料噴射を複数回に分けて行わせるから、噴射停止期間を避けつつ、高負荷時であっても必要な燃料を噴射させることができる。
【００１９】
更に、噴射停止期間を、燃料噴霧がキャビティ１２の底面部１２ａと側面部１２ｂとの境界を指向する期間に設定することによって、燃料噴霧がキャビティ１２の底面部１２ａと側面部１２ｂとの境界に衝突しなくなり、燃料付着を低減することが可能となる。
また、噴射停止期間を、燃料噴霧がキャビティ１２の底面部１２ａと側面部１２ｂとの境界を指向する期間に加えて、燃料噴霧が前記キャビティ１２の側面部１２ｂを指向する期間に設定することによって、キャビティ１２内に噴射された燃料の向かう方向が、キャビティ１２内側からキャビティ１２外側に統一され、キャビティ１２内で淀んでしまう燃料が少なくなるため、より均質度の高い混合気を形成することが可能となる。
【００２０】
また、燃料噴射を、燃料噴霧がキャビティ１２の底面を指向する期間とキャビティ１２外側のピストン冠面を指向する期間の、少なくとも２回に分けて噴射することによって、キャビティ１２上方とキャビティ１２外側上方の両方に燃料が配分されるため、より均質度の高い混合気を形成することが可能となる。
更に、噴射停止期間を、燃料噴霧がピストンヘッド４ａとシリンダ内壁１５との隙間部１６を指向する期間（燃料噴霧がピストンクレビスを指向する期間）に設定することによって、前記隙間部１６に入り燃焼に寄与しない燃料が少なくなるため、排気ガス中の未燃炭化水素を低減することが可能となる。
【００２１】
次に、第２の実施形態について説明する。
本実施形態では、前記図５のフローチャートのステップＳ１において、燃料噴射期間を、前記噴射停止期間（１）の直前までと、前記噴射停止期間（２）の直後からの２つに分割し、かつ、それぞれ均等な噴射量となるように設定する（図７参照）。
即ち、要求噴射量に対応する噴射期間の半分を、前記噴射停止期間（１）の直前を噴射終了時期とする噴射期間とし、残りの半分を、前記噴射停止期間（２）の直後を噴射開始時期とする噴射期間とする。
【００２２】
そして、ステップＳ２では、ステップＳ１で算出された燃料噴射期間に噴射停止期間（３）が含まれるか否かを判断し、噴射停止期間（３）が含まれる場合には、第１の実施形態と同様に、噴射停止期間（３）に重なる部分で噴射を停止させ、噴射期間の末尾に噴射停止期間（３）に相当する噴射期間を追加する。
これにより、燃料噴射をピストンキャビティ１２の底面１２ａを指向する期間とピストンキャビティ１２外側のピストン冠面を指向する期間の、少なくとも２回に分けることができる。
【００２３】
尚、キャビティ１２の形状を、図１に示したものに限定するものではなく、例えば、図８に示すように、多段のキャビティ３１を有するピストンで構成されても良い。
上記のように多段のキャビティ３１を有する場合には、噴射停止期間（１）及び噴射停止期間（２）を複数設定すれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施形態における筒内直接噴射式内燃機関のシステム構成図。
【図２】実施形態における噴射停止期間（１）である燃料噴霧がキャビティの底面部と側面部との境界を指向する状態を示す図。
【図３】実施形態における噴射停止期間（２）である燃料噴霧がキャビティの側面部を指向する状態を示す図。
【図４】実施形態における噴射停止期間（３）である燃料噴霧がピストンヘッドとシリンダ内壁との隙間部を指向する状態を示す図。
【図５】実施形態における燃料噴射制御を示すフローチャート。
【図６】第１の実施形態による燃料噴射期間の設定を説明するための図。
【図７】第２の実施形態による燃料噴射期間の設定を説明するための図。
【図８】多段キャビティを有するピストンで構成される筒内直接噴射式内燃機関を示すシステム構成図。
【符号の説明】
【００２５】
１…内燃機関
２…シリンダヘッド
３…シリンダブロック
４…ピストン
５…燃焼室
１０…燃料噴射弁
１１…点火プラグ
１２…キャビティ
１２ａ…底面部
１２ｂ…側面部
１３…エンジンコントロールユニット
１５…シリンダ内壁
１６…隙間部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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